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2012 年度 実績報告書

ナノ秒パルス放電プラズマによる環境軽負荷プロセスの実現

研究課題

研究課題/領域番号 21246047
研究機関熊本大学

研究代表者

浪平 隆男  熊本大学, バイオエレクトリクス研究センター, 准教授 (40315289)

研究分担者 高木 浩一  岩手大学, 工学部, 教授 (00216615)
杤久保 文嘉  首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (90244417)
小野 亮  東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (90323443)
王 斗艶  熊本大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (30508651)
研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2014-03-31
キーワードナノ秒 / パルス / 放電 / ストリーマ / プラズマ / エネルギー効率
研究概要

「つくる」グループでは、伝送線路方式ナノ秒パルス電源において、開発済みの時間幅2 nsを有するナノ秒パルス電源による更なるオゾン収率の向上及び一酸化窒素還元エネルギー効率の向上を確認した。また、半導体オープニングスイッチ方式ナノ秒パルス電源において、アレスタによる改良を行い、それによる更なるオゾン収率の向上を確認した。
「はかる」グループでは、超高速高電界パルス印加の場合、ストリーマヘッド通過後に残るストリーマチャネルの電界が高くなることが予想され、そのチャネルの電界で電子を効率よく加速できる可能性があることを示唆する観測結果を得るとともに、80 nsと8 nsのパルスストリーマ放電でOHの生成量を比較した結果、8 nsパルスでも80 nsパルスに遜色ないだけの活性種生成能力があることを実証した。また、数値計算では、特にリアクタ形状に注目し、これまでの平行平板電極間計算コードを同軸円筒型電極へ深化させ、外部パラメータ(印加電圧波形、電圧極性など)とストリーマの進展特性(ストリーマヘッドの電荷密度や電界、進展速度など)の関係を一次元流体モデルによって精査した。
「つかう」グループでは、ナノ秒パルス放電の排水処理への適応性を確認し、昨年度までの脱色への適応性のみならず、酢酸やフェノール、ジオキサン、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、PFOSなどの難分解性有機化合物の分解が可能であることを実証し、排水処理全般への適応性を確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、「ナノ秒パルス放電」を「つくる」、「はかる」、「つかう」の3つの観点より科学的・工学的に探究することで、ナノ秒パルス放電プラズマプロセスの実用化を検討する際の懸案事項となる「信頼性・安定性」、「性能保証」、「将来性」に対する3つの不安を払拭することを目的としているが、現状、ナノ秒パルス電源の安定性は増し、かつ、ナノ秒パルス放電の物理・化学的性質も明らかになり、ナノ秒パルスで放電の酸化・還元能の評価も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

ナノ秒パルス電源の更なる短パルス化、及び、ナノ秒パルス放電シミュレーションコードの計算時間短縮、ナノ秒パルス放電中化学的活性種の計測、ナノ秒パルス放電の酸化・還元能把握を更に高度に進めることで、最終目標の達成は可能と考えられる。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] ナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性2013

    • 著者名/発表者名
      澁田哲, 王斗艶, 浪平隆男, 秋山秀典
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: Vol. 37, No. 1 ページ: 2-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水中気泡内放電による混合した有機染料の脱色2013

    • 著者名/発表者名
      和田啓太,川野修太,高橋克幸,高木浩一,颯田尚哉
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 37 ページ: 34-40

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Behavior of OH radicals in atmospheric-pressure streamer discharge studied by two-dimensional numerical simulation2013

    • 著者名/発表者名
      A. Komuro, R. Ono, and T. Oda
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 46 ページ: 175206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Water Remediation Using Pulsed Power Discharge under Water with Advanced Oxidation Process2012

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, K. Takaki and N. Satta
    • 雑誌名

      J. Adv. Oxid. Technol.

      巻: 15 ページ: 365-373

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical simulation for production of O and N radicals in atmospheric pressure streamer discharge2012

    • 著者名/発表者名
      A. Komuro, R. Ono, and T. Oda
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 45 ページ: 265201

    • 査読あり
  • [学会発表] Measurement of hydroxyl radical in an atmospheric pressure plasma driven by nano-second pulsed discharge2013

    • 著者名/発表者名
      I. Yagi, Y. Nakagawa, R. Ono, T. Oda, and K. Takaki
    • 学会等名
      5th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      20130128-20130201
  • [学会発表] Performance of waste water treatment system based on nano-seconds pulsed discharge2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimasaki, D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 学会等名
      18th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air and Soil
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      20121111-20121115
  • [学会発表] Effect of rise time of applied pulsed voltage on ozone generation characteristics2012

    • 著者名/発表者名
      T. Hirota, Y. Maruta, D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 学会等名
      18th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air and Soil, Florida
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      20121111-20121115
  • [学会発表] Radial distribution of ozone in a coaxial reactor of nano-seconds pulsed discharge based ozonizer2012

    • 著者名/発表者名
      S. Naka, R. Tsuruga, D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 学会等名
      18th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air and Soil, Florida
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      20121111-20121115
  • [学会発表] Effect of electrode temperature on ozone oroduction using nano-seconds pulsed discharge2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki, K. Yamawaki, D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 学会等名
      18th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air and Soil, Florida
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      20121111-20121115
  • [学会発表] Process performance of nano-seconds pulsed discharge2012

    • 著者名/発表者名
      T. Namihira, D. Wang, H. Akiyama
    • 学会等名
      18th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air and Soil, Florida
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      20121111-20121115
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of reactor cooling for nano-seconds pulsed discharge based ozonizer2012

    • 著者名/発表者名
      S. Shibuta, K.Yamawaki. D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 学会等名
      4th Euro-Asian Pulsed Power Conference and 19th International Conference on High-Power Particle Beams
    • 発表場所
      Karlsruhe, German
    • 年月日
      20120930-20121004
  • [学会発表] Development of ozonizer using nano-seconds pulsed discharge2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yamawaki, S.Shibuta, D. Wang, T. Namihira and H. Akiyama
    • 学会等名
      4th Euro-Asian Pulsed Power Conference and 19th International Conference on High-Power Particle Beams
    • 発表場所
      Karlsruhe, German
    • 年月日
      20120930-20121004
  • [学会発表] Oxidation and de-oxidation performances of nano-seconds pulsed discharge2012

    • 著者名/発表者名
      9. Y. Shimasaki, D. Wang, T. Namihira and H. Akiyama
    • 学会等名
      9th International Bioelectrics Symposium
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Energy transfer efficiency on nano-seconds pulsed discharge system2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki, D. Wang, T. Namihira, and H. Akiyama
    • 学会等名
      9th International Bioelectrics Symposium
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Effect of rise time of applied pulsed voltage on streamer head property2012

    • 著者名/発表者名
      T. Hirota, Y. Maruta, D. Wang, T. Namihira and H. Akiyama
    • 学会等名
      9th International Bioelectrics Symposium
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Performances of nanoseconds pulsed generator2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yamawaki, S. Shibuta, D. Wang, T. Namihira and H. Akiyama
    • 学会等名
      9th International Bioelectrics Symposium
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Gas temperature trend during ozone generation using nano-seconds pulsed discharge2012

    • 著者名/発表者名
      S. Shibuta, D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 学会等名
      9th International Bioelectrics Symposium
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Nano-second Pulsed Discharge Plasma Inducing Apotptic Behavior in Fibroblast Cell Lines2012

    • 著者名/発表者名
      I. Yagi, T. Yasuda, R. Ono, T. Oda, C. Tsutsui, T. Hirata, K. Takaki
    • 学会等名
      9th International Bioelectrics Symposium
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] 高速リカバリーダイオードを用いた短パルス電源の開発とオゾン生成への応用

    • 著者名/発表者名
      角田貴俊,高木浩一,八木一平
    • 学会等名
      電気学会プラズマ・パルスパワー合同研究会
    • 発表場所
      岩手大学、盛岡
  • [学会発表] 一次元流体モデルによるストリーマ進展速度を決定する要因の検討

    • 著者名/発表者名
      16. 杤久保文嘉
    • 学会等名
      電気学会プラズマ・パルスパワー合同研究会
    • 発表場所
      岩手大学、盛岡
  • [図書] Air Pollution - A Comprehensive Perspective2012

    • 著者名/発表者名
      1. T. Matsumoto, D. Wang, T. Namihira, H. Akiyama
    • 総ページ数
      215-234
    • 出版者
      InTech

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公開日: 2014-07-24  

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